(57)【要約】【課題】  焼入れ時に歯車部材に加えた入熱の一部を利用して自己焼戻し処理を行い、省エネルギ化を図り、設備の簡素化等を実現できるようにする。【解決手段】  内輪１１の各歯部１１Ｂを、熱処理装置２１の高周波誘導子２４と全周にわたって対向するように配置する。この状態で高周波誘導子２４に外部から高周波電流を給電し、内輪１１の各歯部１１Ｂを設定温度まで一括して加熱する。その後は高周波誘導子２４を停止した状態で通路部材２６側から冷却水を供給することにより、高温状態の各歯部１１Ｂを所定の冷却温度まで一括して冷却する。そして、各歯部１１Ｂが所定の冷却温度に達したときに冷却水の供給を即座に停止することにより、内輪１１のリング体１１Ａ側に残熱を確保し、このときの残熱を利用して内輪１１の各歯部１１Ｂを自己焼戻しする。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歯部を有する歯車部材を機械加工によって成形した後に、前記各歯部に対して焼入れ、焼戻しを行う歯車部材の熱処理方法であって、
前記歯車部材の各歯部を焼入れするため予め決められた設定温度まで前記各歯部を一括して加熱する加熱工程と、
前記設定温度まで加熱された歯車部材の各歯部を外部から冷却媒体により急速に冷却する冷却工程と、
前記各歯部が所定の冷却温度に達し前記歯車部材の母材側に残熱がある段階で前記冷却媒体による冷却を停止し、前記母材側の残熱を利用して各歯部に対する焼戻しを行う自己焼戻し工程とからなる歯車部材の熱処理方法。
【請求項２】
前記歯車部材は、炭素の含有量が０．８％未満である亜共析鋼を用いて形成してなる請求項１に記載の歯車部材の熱処理方法。
【請求項３】
前記歯車部材は、旋回式建設機械の旋回輪を構成し内周側または外周側に前記複数の歯部が一体形成された内輪または外輪である請求項１または２に記載の歯車部材の熱処理方法。
【請求項４】
前記加熱工程での設定温度は、オーステナイト化変態点（Ａ３）以上の温度であり、前記所定の冷却温度は、マルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）以下の温度に設定してなる請求項１，２または３に記載の歯車部材の熱処理方法。
【請求項５】
前記自己焼戻し工程では、前記歯車部材全体を１８０〜２８０℃の温度に保ってなる請求項１，２，３または４に記載の歯車部材の熱処理方法。
【請求項６】
複数の歯部を有する歯車部材を機械加工によって成形した後に、前記各歯部に対して焼入れ、焼戻しを行う歯車部材の熱処理装置であって、
前記歯車部材の各歯部に対向して配置され外部から給電されることにより該各歯部を一括して加熱する高周波誘導体と、
該高周波誘導体に対する給電を停止した状態で外部から供給される冷却媒体により前記各歯部を一括して冷却する冷却手段とを備え、
前記歯車部材には、前記各歯部を除いた母材側を外側から覆い、前記冷却媒体が母材側に付着するのを防ぐ遮蔽部材を設けてなる歯車部材の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば動力伝達用の歯車、旋回輪の内輪または外輪等のように耐摩耗性や耐衝撃性が要求される歯車部材に対して焼入れ、焼戻し処理を施すのに好適に用いられる歯車部材の熱処理方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、建設機械等の機械部品に使用される歯車部材は、例えば鍛造、切削等の機械加工手段を用いて所定の歯車形状に成形した後に、複数の歯部に対して通常は焼入れ、焼戻し等の熱処理を施し、それぞれの歯部に適正な硬度や剛性を与えることにより完成品とされる。
【０００３】
特に、歯車部材は、各歯部の表面（歯面）側において耐衝撃性、耐ピッチング性、耐摩耗性が要求され、内部側ではある程度の靱性が必要なことから、高周波焼入れという熱処理を施すことが知られている。そして、歯車部材に対する焼入れ処理を行った後には、焼入れ温度よりも十分に低い温度（例えば、２００〜２５０℃の温度）で焼戻し処理を行うことにより、歯車部材の内部応力を緩和するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
即ち、焼入れ処理後の歯車部材は、硬度や剛性を高くすることができるが、急冷による組織変態（マルテンサイト変態）のために残留応力が生じ、靭性に劣るという欠点を持っている。そこで、焼入れ後の歯車部材に対して焼戻し処理を行うことにより内部応力を緩和させ、靭性を与えるものである。
【０００５】
また、自動車用エンジンのカムシャフト等を金型鋳造法により鋳物（鋳造品）として製作する場合に、金型から鋳造品を離型させたときの内部温度（鋳造時の熱）を利用して、鋳造品に対する自己焼戻しを含む熱処理を行うようにした金型鋳造品の熱処理方法は知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２８２１４５号公報
【特許文献２】特開平１１−３５００３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来技術（特許文献１）では、焼入れ処理と焼戻し処理とを同一の高周波誘導子で行うことにより、熱処理装置全体の簡略化、省スペース化等を図るようにしている。しかし、この場合でも、同一の高周波誘導子を焼入れ工程と焼戻し工程とで一方向と他方向とに往復させるため、高周波誘導子の移動（往復動）に余分な時間と労力を費やすという問題がある。
【０００８】
そして、焼戻し工程では、前記高周波誘導子に給電を行って所定の焼戻し温度まで歯車部材を再度加熱するために、これによってエネルギ消費量が余分に増大し、省エネルギ化を実現することができない。また、焼入れ工程でも歯車部材を高い温度に加熱した後に、冷却媒体を用いて十分に低い温度まで急速冷却を行うため、このときの冷却エネルギも余分に消費されるという問題がある。
【０００９】
一方、他の従来技術（特許文献２）では、金型から鋳造品を離型させたときの内部温度（鋳造時の熱）を利用して、鋳造品に対する自己焼戻しを行う構成であるため、鋳造品に対する焼戻し工程（処理)を効率化することができ、エネルギ消費量を低減し、省エネルギ化を実現できるという利点がある。
【００１０】
しかし、この場合の自己焼戻し処理は、金型内に溶湯を注入したときの熱（鋳造時の熱）を利用するものであり、製品の硬度や剛性を高くするための焼入れ処理を予め行うものではない。このため、鍛造、切削等の機械加工手段を用いて所定の歯車形状に成形した歯車部品に対して、焼入れ、焼戻し処理を行う場合とは技術背景が異なるものである。
【００１１】
また、金型を用いる鋳造品の素材としては、例えば炭素の含有量が２〜３％以上の鋳鉄材料を用いるために、耐摩耗性や耐衝撃性等が要求される歯車部材には適さないものである。そして、このような歯車部材の素材としては、例えば炭素の含有量が０．８％未満である亜共析鋼を用いて形成する場合が多い。
【００１２】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、焼入れ時に歯車部材に加えた入熱の一部を利用して自己焼戻し処理を行うことにより、歯車部材に対する熱処理工程全体を効率的に行うことができ、省エネルギ化を図り、設備の簡素化等を実現することができるようにした歯車部材の熱処理方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明は、複数の歯部を有する歯車部材を機械加工によって成形した後に、前記各歯部に対して焼入れ、焼戻しを行う歯車部材の熱処理方法に適用される。
【００１４】
そして、請求項１の発明が採用する熱処理方法の特徴は、前記歯車部材の各歯部を焼入れするため予め決められた設定温度まで前記各歯部を一括して加熱する加熱工程と、前記設定温度まで加熱された歯車部材の各歯部を外部から冷却媒体により急速に冷却する冷却工程と、前記各歯部が所定の冷却温度に達し前記歯車部材の母材側に残熱がある段階で前記冷却媒体による冷却を停止し、前記母材側の残熱を利用して各歯部に対する焼戻しを行う自己焼戻し工程とからなるものである。
【００１５】
また、請求項２の発明によると、前記歯車部材は、炭素の含有量が０．８％未満である亜共析鋼を用いて形成されるものである。
【００１６】
また、請求項３の発明によると、前記歯車部材は、旋回式建設機械の旋回輪を構成し内周側または外周側に前記複数の歯部が一体形成された内輪または外輪として用いるものである。
【００１７】
また、請求項４の発明によると、前記加熱工程での設定温度は、オーステナイト化変態点（Ａ３）以上の温度であり、前記所定の冷却温度は、マルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）以下の温度に設定している。
【００１８】
また、請求項５の発明によると、前記自己焼戻し工程では、前記歯車部材全体を１８０〜２８０℃の温度に保つようにしている。
【００１９】
一方、請求項６の発明は、複数の歯部を有する歯車部材を機械加工によって成形した後に、前記各歯部に対して焼入れ、焼戻しを行う歯車部材の熱処理装置であって、前記歯車部材の各歯部に対向して配置され外部から給電されることにより該各歯部を一括して加熱する高周波誘導子と、該高周波誘導子に対する給電を停止した状態で外部から供給される冷却媒体により前記各歯部を一括して冷却する冷却手段とを備え、前記歯車部材には、前記各歯部を除いた母材側を外側から覆い、前記冷却媒体が母材側に付着するのを防ぐ遮蔽部材を設けてなる構成としている。
【発明の効果】
【００２０】
上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、歯車部材を機械加工によって成形した後に行う焼入れ処理は、前記歯車部材の各歯部を予め決められた焼入れ用の設定温度まで一括して加熱する加熱工程と、前記設定温度まで加熱された歯車部材の各歯部を外部から冷却媒体により急速に冷却する冷却工程とにより行い、その後の自己焼戻し工程は、前記各歯部が所定の冷却温度に達し前記歯車部材の母材側に残熱がある段階で前記冷却媒体による冷却を即座に停止しつつ、前記母材側の残熱を利用することによって、前記各歯部に対する焼戻しを行うようにしている。このため、従来技術のように、高周波誘導子に給電を行って所定の焼戻し温度まで歯車部材を再度加熱する必要がなくなり、焼戻しの過程で余分なエネルギ消費を抑えることができ、省エネルギ化を実現することができる。
【００２１】
従って、機械加工後の歯車部材に対して行う焼入れ処理（加熱工程）で歯車部材に加えた入熱の一部を、母材側の残熱として利用することにより、歯車部材の各歯部を自己焼戻しすることができ、焼戻し処理のために余分なエネルギ消費をなくすことができる。また、歯車部材に対する焼入れ処理の段階でも、加熱工程後に行う冷却工程において、各歯部が所定の冷却温度に達すると、冷却媒体の供給を即座に停止して歯車部材の母材側に残熱を確保するため、このときに冷却エネルギが余分に消費されるのを抑えることができ、歯車部材に対する熱処理工程全体を効率的に行うことができると共に、省エネルギ化を実現でき、設備の簡素化等も図ることができる。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、炭素の含有量が０．８％未満である亜共析鋼を用いて歯車部材を形成するので、例えば鋳物材料（鋳造品）等に比較して機械的強度、剛性等を高めることができ、熱処理を行った状態では歯車部材の歯部に対して耐摩耗性や耐衝撃性等を与えることができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、旋回式建設機械の旋回輪を構成する内輪、外輪のうち、その内周側または外周側に複数の歯部が一体形成されたものを、熱処理対象の歯車部材として用いることができ、旋回輪の歯車部分に要求される耐摩耗性や耐衝撃性等を、自己焼戻し工程を含む熱処理によって良好に確保することができる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、加熱工程での設定温度を、オーステナイト化変態点（Ａ３）以上の温度とし、冷却工程での冷却温度は、マルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）以下の温度に設定することにより、加熱工程で歯車部材に加えた入熱の一部を母材側の残熱として有効に利用することができ、歯車部材の各歯部を効率的に自己焼戻しすることができる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明では、自己焼戻し工程で歯車部材全体を１８０〜２８０℃の温度に保つことができ、歯車部材の各歯部に対する焼戻し処理を効率的に行うことができる。
【００２６】
一方、請求項６に記載の発明では、例えば鍛造、切削等の機械加工手段を用いて所定の歯車形状に成形した歯車部品の各歯部に対し、全周にわたって対向するように高周波誘導子を配置した状態で、該高周波誘導子に外部から高周波電流を給電することにより、歯車部材の各歯部を焼入れ用の設定温度まで一括して加熱することができ、その後は高周波誘導子に対する給電を停止した状態で冷却手段に外部から冷却媒体を供給することにより、高温状態の各歯部を所定の冷却温度まで一括して冷却することができる。そして、各歯部が所定の冷却温度に達したときに冷却媒体の供給を即座に停止することにより、歯車部材の母材側に残熱を確保することができ、このときの残熱を利用して歯車部材の各歯部を自己焼戻しすることができる。
【００２７】
また、歯車部材の各歯部を除いた母材側を遮蔽部材で外側から覆うことにより、冷却手段からの冷却媒体が歯車部材の母材側に付着するのを防ぐ構成としているので、冷却媒体を歯車部材の各歯部に集中的に供給して効率的に急冷でき、歯車部材の母材側には遮蔽部材により十分な残熱を確保することができる。これにより、歯車部材に対する熱処理工程全体を効率的に行うことができ、省エネルギ化等を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態で採用した歯車部材の熱処理装置を添付図面に従って詳細に説明する。
【００２９】
ここで、図１ないし図６は本発明の第１の実施の形態を示し、本実施の形態の形態では、旋回式建設機械の旋回輪を構成する内輪と外輪のうち、内輪を歯車部材として用いる場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
図中、１は旋回式建設機械としての油圧ショベルで、この油圧ショベル１は、図１に示すように自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に後述の旋回輪１０を介して旋回可能に搭載された上部旋回体３と、後述の作業装置８とにより大略構成されている。そして、下部走行体２は、後述の旋回輪１０が搭載されるトラックフレーム２Ａ等を備えている。
【００３１】
４は上部旋回体３のフレームを構成する旋回フレームで、この旋回フレーム４は、その前側に後述の作業装置８が俯仰動可能に取付けられ、後側には後述のカウンタウエイト６が取付けられている。
【００３２】
５は旋回フレーム４の前部左側に配設された運転室を構成するキャブで、該キャブ５内には、オペレータが着席または着座する運転席、操作レバー、操作ペダル（いずれも図示せず）等が配設されている。
【００３３】
６は旋回フレーム４の後端側に設けられたカウンタウエイトで、該カウンタウエイト６は、旋回フレーム４の後端側に着脱可能に搭載され、前側の作業装置８に対して上部旋回体３全体の重量バランスをとるものである。また、カウンタウエイト６の前側には、エンジン（図示せず）等を収容する後述の建屋カバー７が設けられている。
【００３４】
７はキャブ５とカウンタウエイト６との間に位置して旋回フレーム４上に立設された建屋カバーで、該建屋カバー７は、例えば薄い鋼板からなる複数枚の金属パネル等を用いて形成され、内部にエンジン等を収容する機械室（図示せず）を画成するものである。
【００３５】
８は上部旋回体３の前部に俯仰動可能に設けられた作業装置で、該作業装置８は、その先端側に設けた作業具としてのバケット９により、例えば土砂等の掘削作業を行うものである。
【００３６】
１０は下部走行体２と上部旋回体３との間に設けられた旋回輪で、この旋回輪１０は、図２に示すように歯車部材としての内輪１１と、該内輪１１の外周側に複数の鋼球１２（転動子）を介して回転可能に設けられた外輪１３とにより構成されている。そして、旋回輪１０の外輪１３は、上部旋回体３の旋回フレーム４にボルト１４等により固着されている。また、内輪１１は下部走行体２のトラックフレーム２Ａにボルト１５等を用いて固着されている。
【００３７】
ここで、旋回輪１０の内輪１１は、炭素の含有量が０．８％未満である亜共析鋼のうち、例えば機械構造用炭素鋼（Ｓ４８Ｃ）等を用いて、図２〜図４に示す如くリングギヤ（内歯車）として形成されるものである。
【００３８】
そして、旋回輪１０の内輪１１は、歯車部材の母材となるリング体１１Ａと、該リング体１１Ａの内周側に一体形成され全周にわたる歯列からなる複数の歯部１１Ｂと、リング体１１Ａの外周側に形成され旋回輪１０の鋼球１２が収容される略半円形状のボール収容溝１１Ｃ等とにより構成されている。
【００３９】
また、内輪１１には、図３に示すように上，下両側の端面１１Ｄ，１１Ｅのうち、トラックフレーム２Ａ上に重ね合せて配置される端面１１Ｅ側にねじ穴１１Ｆが形成され、該ねじ穴１１Ｆには、図２に示す前記ボルト１５が螺着されるものである。
【００４０】
１６は旋回フレーム４上に設けられた旋回用の減速機で、この減速機１６は、旋回用の油圧モータ（図示せず）により回転駆動され、その回転出力をピニオン１７に伝達する。そして、ピニオン１７は、内輪１１の歯部１１Ｂに噛合し、減速機１６側からの回転出力を内輪１１に伝える。これにより、上部旋回体３の旋回フレーム４は、下部走行体２のトラックフレーム２Ａ上で旋回輪１０を通じて旋回駆動されるものである。
【００４１】
次に、２１は内輪１１の各歯部１１Ｂに対して焼入れ、焼戻し処理を行うための熱処理装置で、該熱処理装置２１は、図４、図５に示すように上，下の環状プレート２２，２３と、該環状プレート２２，２３間に挟持して設けられた後述の高周波誘導子２４、冷却水の通路部材２６とから大略構成されている。
【００４２】
そして、環状プレート２２，２３は、電気絶縁性を有する剛性材料により環状の板体として形成され、熱処理装置２１のケーシングを構成するものである。また、環状プレート２２，２３のうち、例えば上側に位置する環状プレート２２には、その中心側に貫通穴２２Ａ（図４参照）が形成され、後述の通路部材２６には、この貫通穴２２Ａ内に挿通される配管(図示せず)等を通じて外部から冷却水が供給される。
【００４３】
２４は内輪１１の各歯部１１Ｂを一括して加熱する高周波誘導子で、該高周波誘導子２４は、図４、図５に示す如く内輪１１の各歯部１１Ｂと径方向内側で全周にわたって対向する環状体として形成され、その上，下両面側は、絶縁体からなる環状プレート２２，２３により覆われている。そして、高周波誘導子２４は、その全周にわたって延びる高周波コイル(図示せず)等を内蔵し、外部の高周波発生装置(図示せず)から高周波電力が給電されることにより、内輪１１の各歯部１１Ｂを全周にわたり一括して誘導加熱するものである。
【００４４】
また、高周波誘導子２４には、図５に示す如く多数の噴射孔２５，２５，…が設けられ、これらの噴射孔２５は、高周波誘導子２４の高さ（上，下）方向と周方向とに互いに離間して配設されている。そして、各噴射孔２５は、後述の通路部材２６と共に冷却手段を構成し、内輪１１の各歯部１１Ｂに向けて後述の冷却水を噴射供給するものである。
【００４５】
２６は高周波誘導子２４と共に環状プレート２２，２３間に挟持して設けられた冷却手段としての通路部材で、該通路部材２６は、図４、図５に示す如くリング状をなす高周波誘導子２４の径方向内側に位置し、その内周面に衝合して設けられた環状体として形成されている。そして、通路部材２６内には、その全周にわたって延びる環状通路２７と、一側が該環状通路２７に連通し他側が高周波誘導子２４の各噴射孔２５に連通する多数の通液路２８，２８，…とが形成されている。
【００４６】
ここで、通路部材２６の環状通路２７は、環状プレート２２，２３の外部に配置された冷却媒体の供給源(図示せず)に前記配管等を介して接続され、この配管は、例えば貫通穴２２Ａ（図４参照）等を通じて環状プレート２２，２３間に導入されている。そして、通路部材２６の環状通路２７は、前記配管を介して供給される冷却媒体としての冷却水を多数の通液路２８から高周波誘導子２４の各噴射孔２５に供給しつつ、これらの噴射孔２５から内輪１１の各歯部１１Ｂに向けて噴出させる。
【００４７】
これにより、高周波誘導子２４で一括して加熱された内輪１１の各歯部１１Ｂは、各噴射孔２５からの冷却水により一括して急速に冷却される。そして、内輪１１の各歯部１１Ｂは、図６中に実線で示す特性線２９の如く焼入れ処理されるものである。
【００４８】
本実施の形態による内輪１１の熱処理装置２１は上述の如き構成を有するもので、次に、その熱処理方法について説明する。
【００４９】
まず、旋回輪１０の内輪１１を、炭素含有量が０．８％未満である亜共析鋼のうち、例えば機械構造用炭素鋼（Ｓ４８Ｃ）等を用いてリングギヤとして形成し、内輪１１（リング体１１Ａ）の内周側には、例えば鍛造、切削等の機械加工手段を用いて多数の歯部１１Ｂ，１１Ｂ，…を全周にわたり成形加工する。
【００５０】
そして、この状態で図４、図５に示す如く内輪１１を熱処理装置２１に対して位置決めし、内輪１１の歯部１１Ｂ，１１Ｂ，…を、熱処理装置２１の高周波誘導子２４と全周にわたって対面（対向）するように配置する。また、内輪１１には温度センサ(図示せず)等を近接または接触させて配置し、各歯部１１Ｂの温度変化を監視（モニタ）する。
【００５１】
次に、この状態で高周波誘導子２４の高周波コイル(図示せず)に外部から高周波電力を給電し、炭素鋼からなる内輪１１の各歯部１１Ｂを誘導加熱によって径方向内側から全周にわたり一括して加熱する（加熱工程）。
【００５２】
これにより、内輪１１の各歯部１１Ｂは、図６中に実線で示す特性線２９の如く室温状態から予め決められた焼入れのための設定温度Ｔ１、即ちオーステナイト化変態点（Ａ３）以上の温度Ｔ１（例えば、９００℃を越える温度）まで加熱される。この加熱工程に要する時間は、図６に示すように約６５〜７５秒程度である。
【００５３】
そして、各歯部１１Ｂが設定温度Ｔ１まで加熱された段階では、高周波誘導子２４への給電を即座に停止し、外部から通路部材２６の環状通路２７に向けて冷却水を供給する。これにより、通路部材２６の各通液路２８、高周波誘導子２４の各噴射孔２５から各歯部１１Ｂの歯面に向けて冷却媒体である冷却水を噴出させる（冷却工程）。
【００５４】
これにより、高周波誘導子２４で加熱された内輪１１の各歯部１１Ｂを冷却水により一括して急速に冷却し、全ての歯部１１Ｂをマルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）以下の冷却温度Ｔ２（例えば、５０〜１００℃程度の所定温度）まで急冷する。この冷却工程に要する時間は、図６に示す如く約２５秒程度である。
【００５５】
なお、機械構造用炭素鋼（Ｓ４８Ｃ）を用いた内輪１１は、例えば約７６０℃がオーステナイト化変態点（Ａ３）となり、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ）は約３６０℃であり、マルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）は、例えば約２４０℃となるものである。
【００５６】
次に、内輪１１の各歯部１１Ｂが所定の冷却温度Ｔ２に達し、内輪１１のリング体１１Ａ（母材）側に残熱がある段階で冷却水による冷却を即座に停止する。そして、リング体１１Ａ側の残熱を利用しつつ、内輪１１を大気中で放冷することによって、各歯部１１Ｂに対する焼戻しを行う（自己焼戻し工程）。
【００５７】
この場合、内輪１１の母材となるリング体１１Ａには、図６中に一点鎖線で示す特性線３０のように、加熱工程で内輪１１に加えた入熱の一部が母材側の残熱となって残り、リング体１１Ａ側は冷却工程の終了時にも、例えばマルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）以上の温度状態にある。
【００５８】
そこで、図６に示す自己焼戻し工程では、リング体１１Ａ側の残熱を利用して内輪１１の各歯部１１Ｂを徐々に温度上昇させ、例えば図６に示す１４０〜１５０秒の時点では、歯部１１Ｂを温度Ｔ３（例えば、１８０℃程度）まで昇温できるものである。
【００５９】
このように自己焼戻し工程では、内輪１１を大気中で放冷することにより、内輪１１全体をマルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）の前，後となる温度、例えば１８０〜２８０℃の温度に保つことができ、内輪１１の各歯部１１Ｂに対する焼戻し処理を大気による放冷のみで行うことができる。
【００６０】
かくして、本実施の形態によれば、内輪１１の内周側に多数の歯部１１Ｂを機械加工によって成形した後に行う焼入れ処理を、内輪１１の各歯部１１Ｂを予め決められた焼入れ用の設定温度Ｔ１まで一括して加熱する加熱工程と、設定温度Ｔ１まで加熱された内輪１１の各歯部１１Ｂを外部から冷却水によって急速に冷却する冷却工程とにより行う。
【００６１】
そして、その後の自己焼戻し工程は、各歯部１１Ｂが所定の冷却温度Ｔ２に達し内輪１１のリング体１１Ａ側に残熱がある段階で、冷却水による冷却を即座に停止しつつ、リング体１１Ａ側の残熱を利用することによって、各歯部１１Ｂに対する焼戻しを行うようにしている。
【００６２】
このため、従来技術で述べたように、焼戻し工程の段階において高周波誘導子を駆動（所定の焼戻し温度まで内輪１１を再度加熱）する必要がなくなり、焼戻し工程での余分なエネルギ消費を抑えることができ、省エネルギ化を実現することができる。
【００６３】
即ち、機械加工後の内輪１１に対して行う焼入れ処理（加熱工程）で内輪１１に加えた入熱の一部を、リング体１１Ａ（母材）側の残熱として利用することにより、内輪１１の各歯部１１Ｂを自己焼戻しすることができ、焼戻し処理に要する余分なエネルギ消費をなくすことができる。
【００６４】
また、内輪１１に対する焼入れ処理の段階でも、加熱工程後に行う冷却工程において、各歯部１１Ｂが所定の冷却温度Ｔ２に達すると、冷却水の供給を即座に停止して内輪１１のリング体１１Ａ側に残熱を確保するため、このときに冷却エネルギが余分に消費されるのを抑えることができ、内輪１１に対する熱処理工程全体を効率的に行うことができると共に、省エネルギ化を実現でき、設備の簡素化等も図ることができる。
【００６５】
また、本実施の形態にあっては、熱処理対象の歯車部材である内輪１１を、炭素の含有量が０．８％未満である亜共析鋼のうち、例えば機械構造用炭素鋼（Ｓ４８Ｃ）等を用いて形成しているので、炭素の含有量が２〜３％以上となる鋳物材料等に比較して機械的強度、剛性等を高めることができ、熱処理を行った状態では内輪１１の歯部１１Ｂに対して耐摩耗性、耐衝撃性等を十分に付与することができる。
【００６６】
そして、油圧ショベル１の旋回輪１０を構成する内輪１１、外輪１３のうち、その内周側に複数の歯部１１Ｂが一体形成された内輪１１を、熱処理対象の歯車部材として用いることができ、旋回輪１０の歯車部分に要求される耐摩耗性や耐衝撃性等を、前述の自己焼戻し工程を含む熱処理によって良好に確保することができる。
【００６７】
また、加熱工程での設定温度Ｔ１を、オーステナイト化変態点（Ａ３）以上の温度とし、冷却工程での冷却温度Ｔ２は、マルテンサイト変態終了点（Ｍｆ）以下の温度に設定することにより、加熱工程で内輪１１に加えた入熱の一部をリング体１１Ａ側の残熱として有効に利用することができ、内輪１１の各歯部１１Ｂを効率的に自己焼戻しすることができる。また、自己焼戻し工程では、内輪１１全体を１８０〜２８０℃の温度に保つことができ、内輪１１の各歯部１１Ｂに対する焼戻し処理を、空気中での放冷のみで効率的に行うことができる。
【００６８】
次に、図７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態では前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６９】
しかし、本実施の形態の特徴は、内輪１１の母材側となるリング体１１Ａを上側から遮蔽部材３１で覆うことにより、各噴射孔２５から歯部１１Ｂに向けて噴射される冷却水の一部が内輪１１のリング体１１Ａ側に付着するのを防ぐ構成としたことにある。
【００７０】
ここで、遮蔽部材３１は、熱伝導性の低い材料（例えば、セラミックス材料、合成樹脂材料等）を用いた環状平板体として形成され、内輪１１の上側となる端面１１Ｄを上方から覆っている。この場合、遮蔽部材３１は、内輪１１の各歯部１１Ｂを覆うことはなく、内輪１１の端面１１Ｄのうちリング体１１Ａの上面に当接状態で配置されている。
【００７１】
そして、遮蔽部材３１は、熱処理装置２１の各噴射孔２５から噴射された冷却水が内輪１１の歯部１１Ｂに付着するのは許すものの、このときの冷却水の一部が上向きに噴上げてくるときには、冷却水の流れを図７中に点線で示す矢示Ｗ１方向へと遮蔽部材３１の上側に導くことにより、内輪１１のリング体１１Ａ側に冷却水が付着するのを防ぐものである。
【００７２】
また、熱処理装置２１の各噴射孔２５から噴射された冷却水のうち、内輪１１の歯部１１Ｂと高周波誘導子２４との間から下方へと噴出す冷却水は、図７中に点線で示す矢示Ｗ２方向へと自然落下するので、このときの冷却水がリング体１１Ａの下面側に付着することはない。このため、リング体１１Ａの下面（端面１１Ｅ）側には、遮蔽部材等を特別に設ける必要はないものである。
【００７３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、内輪１１の歯部１１Ｂに熱処理を施すときに、前記第１の実施の形態とほぼ同様に焼入れ、焼戻し処理を行うことにより、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、内輪１１のリング体１１Ａを上側から遮蔽部材３１で覆う構成としている。
【００７４】
このため、内輪１１の歯部１１Ｂに対する焼入れ処理の冷却工程では、熱処理装置２１の各噴射孔２５から歯部１１Ｂに向けて噴射される冷却水の一部が内輪１１のリング体１１Ａ側に付着するのを防止でき、冷却水を内輪１１の各歯部１１Ｂに集中的に供給して各歯部１１Ｂを効率的に急冷することができる。
【００７５】
この結果、内輪１１の母材（リング体１１Ａ）側には、遮蔽部材３１により十分な残熱を確保することができるので、第１の実施の形態に比較しても内輪１１に対する熱処理工程全体を、より一層効率的に行うことができ、省エネルギ化等を図ることができる。
【００７６】
次に、図８は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態では前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７７】
しかし、本実施の形態の特徴は、内輪１１の母材側となるリング体１１Ａを上側から遮蔽部材４１で覆うと共に、該遮蔽部材４１上には冷却空気を矢示ａ方向に噴射して供給する送風器４２を設ける構成としたことにある。
【００７８】
ここで、遮蔽部材４１は、前記第２の実施の形態で述べた遮蔽部材３１とほぼ同様に形成され、内輪１１の上側となる端面１１Ｄを上方から覆うものである。また、送風器４２は、通路部材２６等と共に冷却手段を構成し、例えば空気タンク等の圧気源(図示せず)から空気導管４３を通じて供給される冷却空気を矢示ａ方向に噴出させる。
【００７９】
この場合、熱処理装置２１の各噴射孔２５から噴射された冷却水のうち、内輪１１の歯部１１Ｂと高周波誘導子２４との間から下方へと噴出す冷却水は、図８中に点線で示す矢示Ｗ２方向へと自然落下する。一方、内輪１１の歯部１１Ｂと高周波誘導子２４との間から上方に噴上げる冷却水（図８中に点線で示す矢印Ｗ３の方向に流れる冷却水）は、送風器４２から矢示ａ方向に噴出する冷却空気と遮蔽部材４１とにより、その流れ方向が制限され、内輪１１のリング体１１Ａ側に冷却水が付着することはなくなる。
【００８０】
そして、このときの冷却水は、その大部分が内輪１１の歯部１１Ｂと高周波誘導子２４との間から下方へと図８中の矢示Ｗ２方向に自然落下するようになる。また、送風器４２から噴出した冷却空気は、遮蔽部材４１で覆われていない内輪１１の各歯部１１Ｂを空気流によって上側から冷却する。そして、内輪１１の端面１１Ｄのうち遮蔽部材４１で覆われたリング体１１Ａの上面には、送風器４２からの冷却空気が接触（付着）することはなく、リング体１１Ａ側には加熱工程における残熱を確保することができる。
【００８１】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、内輪１１の歯部１１Ｂに熱処理を施すときに、前記第１の実施の形態とほぼ同様に焼入れ、焼戻し処理を行うことにより、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、内輪１１のリング体１１Ａを上側から遮蔽部材４１で覆うと共に、該遮蔽部材４１上には冷却空気を噴射して供給する送風器４２を設ける構成としている。
【００８２】
このため、内輪１１の歯部１１Ｂに対する焼入れ処理の冷却工程では、熱処理装置２１の各噴射孔２５から歯部１１Ｂに向けて噴射される冷却水と、送風器４２からの冷却空気とによって内輪１１の各歯部１１Ｂをより確実に急冷することができる。また、このときの冷却水、冷却空気が内輪１１のリング体１１Ａ側に付着、接触するのを遮蔽部材４１により防ぐことができ、冷却水と冷却空気を内輪１１の各歯部１１Ｂに集中的に供給することができる。
【００８３】
この結果、内輪１１の母材（リング体１１Ａ）側には、遮蔽部材３１により十分な残熱を確保することができるので、第１の実施の形態に比較しても内輪１１に対する熱処理工程全体を、より一層効率的に行うことができ、省エネルギ化等を図ることができる。
【００８４】
なお、前記各実施の形態では、熱処理対象の歯車部材として旋回輪１０の内輪１１を用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図９に示す変形例のように、歯車部材の母材となる環状のリング体５１Ａと、該リング体５１Ａの外周側に全周にわたって形成された多数の歯部５１Ｂ，５１Ｂ，…とからなる旋回輪の外輪５１を、熱処理対象の歯車部材として用いる構成としてもよい。
【００８５】
また、熱処理対象の歯車部材としては、例えば図２に示したピニオン１７を用いてもよく、減速機１６に用いる遊星歯車減速機構の太陽歯車、内歯車（リングギヤ）、遊星歯車等を熱処理対象としてもよい。また、熱処理対象の歯車部材としては、これ以外に動力伝達用の外歯車、内歯車等、各種の歯車部材を用いてもよいものである。
【００８６】
また、前記第１の実施の形態では、高周波誘導子２４を環状体として形成し、内輪１１の各歯部１１Ｂと径方向内側で全周にわたって対向配置する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、環状体から高周波誘導子２４の外周側には、例えば各歯部１１Ｂの歯面を周方向の両側から挟むように複数（多数）の凹凸部を形成し、これらの凹凸部によって高周波誘導子２４の誘導加熱性能をより一層高める構成としてもよいものである。そして、この点は、第２，第３の実施の形態等についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による旋回輪を備えた油圧ショベルを示す外観図である。
【図２】図１中の旋回輪を旋回用の減速機等と共に示す縦断面図である。
【図３】図２中の内輪を単体として示す拡大断面図である。
【図４】第１の実施の形態による熱処理装置を内輪の内周側に対向配置した状態を示す平面図である。
【図５】内輪の内周側に対向配置した熱処理装置を図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた拡大断面図である。
【図６】旋回輪の内輪を焼入れ、焼戻し処理するときの温度特性を示す特性線図である。
【図７】第２の実施の形態による熱処理装置を示す図５と同様位置での拡大段面図である。
【図８】第３の実施の形態による熱処理装置を示す図５と同様位置での拡大段面図である。
【図９】本発明の変形例による旋回輪の外輪を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  油圧ショベル（旋回式建設機械）
２  下部走行体
３  上部旋回体
４  旋回フレーム
１０  旋回輪
１１  内輪（歯車部材）
１１Ａ，５１Ａ  リング体（母材）
１１Ｂ，５１Ｂ  歯部
１２  鋼球（転動子）
１３  外輪
１６  旋回用の減速機
１７  ピニオン
２１  熱処理装置
２２，２３  環状プレート（絶縁体）
２４  高周波誘導子
２５  噴射孔
２６  通路部材（冷却手段）
３１，４１  遮蔽部材
４２  送風器（冷却手段）
５１  外輪（歯車部材）
Ｔ１  焼入れ用の設定温度
Ｔ２  所定の冷却温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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